%2008-07-11 13:02%這是免疫算法。這個算法幾乎與遺傳算法一樣，只是多用了一個免疫函數
%免疫算法是遺傳算法的變體，它不用雜交，而是采用注入疫苗的方法。
%疫苗是優秀染色體中的一段基因，把疫苗接種到其它染色體中

%注意：標準遺傳算法的一個重要概念是，染色體是可能解的2進制順序號，由這個序號在可能解的集合(解空間)中找到可能解
%這是免疫算法的主程序，它需要調用的函數如下。
%接種疫苗函數：
%function inoculateChromosome=immunity(chromosomeGroup,bacterinChromosome,parameter)
%parameter:1,隨機制取染色體接種。2，每個染色體都接種。3，每個染色體都接種，但接種的位置是隨機的
%這個函數實現對染色體的疫苗接種
%由染色體(可能解的2進制)順序號找到可能解：
%x=chromosome_x(fatherChromosomeGroup,oneDimensionSet,solutionSum);
%把解代入非線性方程組計算誤差函數：functionError=nonLinearSumError1(x);
%判定程是否得解函數：[solution,isTrue]=isSolution(x,funtionError,solutionSumError);
%選擇最優染色體函數：
%[bestChromosome,leastFunctionError]=best_worstChromosome(fatherChromosomeGroup,functionError);
%誤差比較函數：從兩個染色體中，選出誤差較小的染色體
%[holdBestChromosome,holdLeastFunctionError]...
% =compareBestChromosome(holdBestChromosome,holdLeastFunctionError,...
% bestChromosome,leastFuntionError)
%為染色體定義概率函數，好的染色體概率高，壞染色體概率低
%p=chromosomeProbability(functionError);
%按概率選擇染色體函數：
%slecteChromosomeGroup=selecteChromome(fatherChromosomeGroup,p);
%父代染色體雜交產生子代染色體函數
%sonChrmosomeGroup=crossChromosome(slecteChromosomeGroup,2);
%防止染色體超出解空間的函數
%chromosomeGroup=checkSequence(chromosomeGroup,solutionSum)
%變異函數
%fatherChromosomeGroup=varianceCh(sonChromosomeGroup,0.8,solutionN);
%通過實驗有如下結果：
%1。染色體應當多一些
%2。通過概率選擇染色體，在迭代早期會有效選出優秀的染色體，使解的誤差迅速降低，
%但隨著迭代的進行，概率選擇也會導致某種染色體在基因池中迅速增加，使染色體趨同，
%這就減少了物種的多樣性，反而難以逼近解
%3。不用概率選擇，僅采用染色體雜交，采用保留優秀染色體，也可以得到解
%4。單純免疫效果不好，雜交+免疫效果比較好

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%程序開始運行

clear,clc;%清理內存，清屏
circleN=200;%迭代次數
format long

%%%%%%%%%%%%%%%構造可能解的空間，確定染色體的個數、長度
solutionSum=4;
leftBoundary=-10;
rightBoundary=10;
distance=1;
chromosomeSum=500;
solutionSumError=0.1;
%solutionSum:非線性方程組的元數(待解變量的個數)；leftBoundary:可能解的左邊界；
%rightBoundary:可能解的右邊界；distance:可能解的間隔，也是解的精度
%chromosomeSum:染色體的個數；solveSumError:解的誤差
oneDimensionSet=leftBoundary:distance:rightBoundary;
%oneDimensionSet:可能解在一個數軸(維)上的集合
oneDimensionSetN=size(oneDimensionSet,2);       %返回oneDimensionSet中的元素個數
solutionN=oneDimensionSetN^solutionSum;         %解空間(解集合)中可能解的總數
binSolutionN=dec2bin(solutionN);                %把可能解的總數轉換成二進制數，dec2bin（）為轉換函數
chromosomeLength=size(binSolutionN,2);          %由解空間中可能解的總數(二進制數)計算染色體的長度

%%%%%%%%%%%%%%%%程序初始化
%隨機生成初始可能解的順序號,+1是為了防止出現0順序號
solutionSequence=fix(rand(chromosomeSum,1)*solutionN)+1;
for i=1:chromosomeSum%防止解的順序號超出解的個數
    if  solutionSequence(i)>solutionN;
        solutionSequence(i)=solutionN;
    end
end
%染色體是解集合中的序號,它對應一個可能解
%把解的十進制序號轉成二進制序號，解碼dec2bin（）
fatherChromosomeGroup=dec2bin(solutionSequence,chromosomeLength);
holdLeastFunctionError=Inf;%可能解的最小誤差的初值
holdBestChromosome=0;%對應最小誤差的染色體的初值

%%%%%%%%%%%%%%%%%%開始計算
compute=1;
circle=0;
while compute%開始迭代求解
    %%%%%%%%%%%%%1:由可能解的序號尋找解本身(關鍵步驟)
    x=chromosome_x(fatherChromosomeGroup,oneDimensionSet,solutionSum);
    %%%%%%%%%%%%%2：把解代入非線性方程計算誤差
    functionError=nonLinearSumError1(x);%把解代入方程計算誤差
    [solution,minError,isTrue]=isSolution(x,functionError,solutionSumError);
    %isSolution函數根據誤差functionError判定方程是否已經解開，isTrue=1,方程得解。solution是方程的解
    if isTrue==1
        '方程得解'
    solution
    minError
    return%結束程序
end
%%%%%%%%%%%%%3：選擇最好解對應的最優染色體
[bestChromosome,leastFunctionError]=best_worstChromosome(fatherChromosomeGroup,functionError);
%%%%%%%%%%%%%4：保留每次迭代產生的最好的染色體
%本次最好解與上次最好解進行比較，如果上次最好解優于本次最好解，保留上次最好解；
%反之，保留本次最好解。保留的最好染色體放在holdBestChromosome中
[holdBestChromosome,holdLeastFunctionError]...
=compareBestChromosome(holdBestChromosome,holdLeastFunctionError,...
bestChromosome,leastFunctionError);
circle=circle+1
%minError
%solution
holdLeastFunctionError
if  circle>circleN
    return
end
%%%%%%%%%%%%%%5:把保留的最好的染色體holdBestChromosome加入到染色體群中
order=round(rand(1)*chromosomeSum);
if  order==0
    order=1;
end
fatherChromosomeGroup(order,:)=holdBestChromosome;
functionError(order)=holdLeastFunctionError;

%%%%%%%%%%%%%%%6:為每一條染色體(即可能解的序號)定義一個概率(關鍵步驟)
%%%%%%%%%%%%%%%好的染色體概率高，壞的概率低。依據誤差functionError計算概率
[p,trueP]=chromosomeProbability(functionError);
if  trueP =='Fail'
    '可能解嚴重不適應方程，請重新開始'
    return%結束程序
end
%%%%%%%%%%%%%%%7：按照概率篩選染色體(關鍵步驟)
%fa=bin2dec(fatherChromosomeGroup)%顯示父染色體
%從父染體中選擇優秀染色體
%selecteChromosomeGroup=selecteChromosome(fatherChromosomeGroup,p);
%%%%%%%%%%%%%%%8：染色體雜交(關鍵步驟)
%sle=bin2dec(selecteChromosomeGroup)%顯示選擇出來的解的序號(染色體)
%用概率篩選出的染色體selecteChromosomeGroup進行雜交，產生子代染色體
%sonChromosomeGroup=crossChromosome(selecteChromosomeGroup,2);
%不用概率篩選出的染色體selecteChromosomeGroup進行雜交，而直接用上一代(父代)的
sonChromosomeGroup=crossChromosome(fatherChromosomeGroup,2);
%sonChromosomeGroup=immunity(fatherChromosomeGroup,holdBestChromosome,3);
%把疫苗接種到其它染色體中
sonChromosomeGroup=immunity(sonChromosomeGroup,holdBestChromosome,3);
%cro=bin2dec(sonChromosomeGroup)%顯示雜交后的子代染色體
sonChromosomeGroup=checkSequence(sonChromosomeGroup,solutionN);%檢查雜交后的染色體是否越界
%%%%%%%%%%%%%%%9：變異
%不雜交直接變異
%fatherChromosomeGroup=varianceCh(fatherChromosomeGroup,0.1,solutionN);
%雜交后變異
fatherChromosomeGroup=varianceCh(sonChromosomeGroup,0.5,solutionN);
fatherChromosomeGroup=checkSequence(fatherChromosomeGroup,solutionN);%檢查變異后的染色體是否越界
end

　

%接種疫苗函數，這是和遺傳算法唯一不同的函數，可以用它代替染色體的交叉操作。

%chromosomeGroup:染色體組
%bachterinChromosome:疫苗染色體，即最好的染色體。從這個染色體上取疫苗
%parameter:接種疫苗的參數，即用什么方法接種
%inoculateChromosome:接種疫苗后的染色體
function inoculateChromosome=immunity(chromosomeGroup,bacterinChromosome,parameter)
[chromosomeGroupSum,chromosomeLength]=size(chromosomeGroup);
[row,bacterinChromosomeLength]=size(bacterinChromosome);
%chromosomeGroupSum:染色體的條數；chromosomeLength：染色體的長度
switch parameter
    case 1      %隨機選擇染色體進行接種
            for i=1:chromosomeGroupSum
                 %%%%%%%%%%%%從疫苗染色體上定位疫苗
                headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上左邊的點位
                if headDot==0%防止出現0點位
                    headDot=1;
                end
                tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上右邊的點位
                if tailDot==0%防止出現0點位
                    tailDot=1;
                end
                if  tailDot>headDot%防止右邊的點位大于左邊的點位
                    dot=headDot;
                    headDot=tailDot;
                    tailDot=dot;
                end
                %%%%%%%%%%%%%接種
                randChromosomeSequence=round(rand(1)*chromosomeGroupSum);
                %隨機產生1條染色體的序號，對這條染色體進行接種
                if randChromosomeSequence==0%防止產生0序號
                    randChromosomeSequence=1;
                end
                inoculateChromosome(i,:)...%先把輸入染色體傳給輸出
                =chromosomeGroup(randChromosomeSequence,:);
                %執行免疫，即從疫苗染色體上取出一段基因做疫苗，再注入到其它染色體中
                inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
                =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
            end
    case 2 %所有染色體挨個接種
            for i=1:chromosomeGroupSum
                %%%%%%%%%%%%從疫苗染色體上定位疫苗
                headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上左邊的點位
                if  headDot==0%防止出現0點位
                    headDot=1;
                end
                tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上右邊的點位
                if  tailDot==0%防止出現0點位
                    tailDot=1;
                end
                if  tailDot>headDot%防止右邊的點位大于左邊的點位
                    dot=headDot;
                    headDot=tailDot;
                    tailDot=dot;
                end
                %%%%%%%%%%%%%接種
                inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);%先把輸入染色體傳給輸出
                %執行免疫，即從疫苗染色體上取出一段基因做疫苗，再注入到其它染色體中
                inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
                =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
            end
    case 3 %接種位置是隨機的
            for i=1:chromosomeGroupSum
                %%%%%%%%%%%%從疫苗染色體上定位疫苗
                headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上左邊的點位
                if  headDot==0%防止出現0點位
                    headDot=1;
                end
                tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength);
                %疫苗在染色體上右邊的點位
                if  tailDot==0%防止出現0點位
                    tailDot=1;
                end
                if  tailDot>headDot%防止右邊的點位大于左邊的點位
                    dot=headDot;
                    headDot=tailDot;
                    tailDot=dot;
                end
                %%%%%%%%%%%%%在染色體上隨機定位接種位置
                inoculateDot=fix(rand(1)*chromosomeLength);%隨機選擇染色體的接種點位
                if  inoculateDot==0
                    inoculateDot=1;
                    inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
                    inoculateChromosome(i,inoculateDot:tailDot-headDot+1)...
                    =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
                elseif inoculateDot<=headDot
                    inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
                    inoculateChromosome(i,inoculateDot:inoculateDot+tailDot-headDot)...
                    =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
                elseif (chromosomeLength-inoculateDot)>=(tailDot-headDot)
                    inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
                    inoculateChromosome(i,inoculateDot:inoculateDot+tailDot-headDot)...
                    =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
                else
                    inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
                    inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
                    =bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
                end
            end
end